雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程系統(tǒng)風險評價方法

周錄文，金彥兆，唐小娟，王軍德，王 英

(甘肅省水利科學研究院，蘭州 730000)

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，水資源利用向高效益、高產(chǎn)出行業(yè)的轉(zhuǎn)移不可避免，農(nóng)業(yè)灌溉用水面臨更加嚴峻的形勢。在此背景下，我國甘肅、寧夏、陜西、山西、內(nèi)蒙古等省區(qū)先后建成了大量雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程，如甘肅“121”集雨節(jié)灌工程，寧夏“徑流窖灌”農(nóng)業(yè)，陜西“甘露工程”，內(nèi)蒙古“112”雨水集流工程等，為同類地區(qū)進行雨水資源的持續(xù)開發(fā)和綜合利用提供了十分成功的經(jīng)驗。但與此同時存在工程建設(shè)標準不高、系統(tǒng)集成度不夠、水質(zhì)處理設(shè)施耐久性不夠、利用風險管控不到位等問題。為此，系統(tǒng)深入地了解和認識雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程系統(tǒng)構(gòu)成、作用與基本特征，準確辨識風險來源、風險種類、風險特征及其風險形成過程，構(gòu)建風險評價指標體系，確定風險評價標準，科學合理地進行風險評價、確定風險等級，有效實施雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉過程的風險管控，對提高雨水集蓄利用系統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉保證率，實現(xiàn)雨水補充灌溉工程系統(tǒng)的科學規(guī)劃、設(shè)施的有機匹配和效益的永續(xù)發(fā)揮具有十分重要的意義。

1 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程系統(tǒng)構(gòu)成、作用與基本特征

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程系統(tǒng)主要由集水、蓄水、凈水、供水、用水等子系統(tǒng)構(gòu)成。其中集水子系統(tǒng)包括現(xiàn)有屋面、庭院、場院、道路等弱透水面和規(guī)劃建設(shè)的混凝土專用集流面，蓄水子系統(tǒng)包括水窖、水池、澇池等設(shè)施，凈水子系統(tǒng)包括沉沙池、過濾器等，供水子系統(tǒng)包括首部加壓設(shè)施、供水管網(wǎng)等，用水子系統(tǒng)包括給水栓、噴頭、滴頭、滴灌帶等終端灌水器。

就農(nóng)業(yè)補充灌溉工程系統(tǒng)總體而言，集水子系統(tǒng)用于收集水量，蓄水子系統(tǒng)用于儲存水量，二者共同保障灌溉系統(tǒng)的水量需求，屬于水量安全范疇；凈水子系統(tǒng)用于去除水中各種雜質(zhì)，滿足灌溉系統(tǒng)對水質(zhì)的要求，屬于水質(zhì)安全范疇；用水子系統(tǒng)則負責對作物生育期水分需求的精準供給，屬于水量、水質(zhì)安全基礎(chǔ)上，對作物生長水分需求的具體落實。除此之外，包括加壓供水設(shè)施、供水管網(wǎng)系統(tǒng)在內(nèi)的供水子系統(tǒng)則主要負責從水源到田間灌水點的水量輸送，對水量、水質(zhì)安全以及水量的適時、適量供給和配置影響不大，不會對工程系統(tǒng)的安全運行與效益發(fā)揮帶來風險。

1.2 系統(tǒng)作用

對雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程而言，天然降水是工程實施的先決條件，在此基礎(chǔ)上，只有輔以足夠的集流面，規(guī)模適度的需水設(shè)施，才能為實現(xiàn)定時定點定量供水提供先決條件。首先，就水量而言，天然降水是前提，而集流面、需水設(shè)施是保障，對確保灌溉總水量滿足要求以及作物生育期各需水時段的水量足額供給具有決定性作用。其次，就水質(zhì)而言，不同的灌溉方式對灌溉水質(zhì)具有不同的要求，尤其是噴灌、滴灌系統(tǒng)對水質(zhì)的要求更高。為此，在系統(tǒng)中設(shè)置沉沙池，主要用于對來自于集流面的泥沙、雜草等各類雜質(zhì)的初級沉淀處理；在供水管網(wǎng)首部設(shè)置過濾器，主要用于對水體中細小泥沙顆粒的二次過濾處理，以便滿足灌溉水質(zhì)要求。第三，設(shè)置在供水管網(wǎng)末端的灌水器，則主要用于向作物根部定時定點定量地供給作物各階段生長發(fā)育所需的水量。

1.3 基本特征

雖然雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程是一項小微型水利工程，但其工程系統(tǒng)構(gòu)成卻相對復雜，而且各子系統(tǒng)及其構(gòu)成因子之間關(guān)聯(lián)度大、制約機制復雜，工程的基本特征主要表現(xiàn)為設(shè)計降水量的確定性、集流面面積與蓄水設(shè)施容積的關(guān)聯(lián)性、年際間不同品種作物需水的差異性、作物對不同灌溉方式的適宜性及其由此導致的工程可供水量、灌溉需水量的不確定性。

首先，設(shè)計降水量具有確定性。盡管降水具有隨機性，年內(nèi)降水量、降水過程具有不確定性，但對特定區(qū)域而言，不同頻率的降水量卻為定值，這就導致與設(shè)計灌溉保證率相對應的降水量也是一個定值，具有確定性。其次，集流面與蓄水設(shè)施容積具有關(guān)聯(lián)性。當采用長系列方法進行工程設(shè)計時，集流面面積與蓄水設(shè)施容積之間存在合理匹配與最佳匹配等技術(shù)問題，即集流面積與蓄水設(shè)施容積具有關(guān)聯(lián)性，在規(guī)劃設(shè)計上存在多種組合，但對已建工程而言則為定值。第三，不同作物需水量、需水過程存在差異性。年際變化導致作物品種發(fā)生變化，灌溉需水量、需水過程也發(fā)生相應變化。第四，作物對不同灌溉方式的適宜性。灌溉方式?jīng)Q定灌溉制度，不同的灌溉制度具有不同的灌溉需水量和需水過程。值得指出的是：一方面，不同年際間種植作物與灌溉方式的變化將使得灌溉需水量發(fā)生變化；另一方面，盡管已建工程集流面積、需水設(shè)施容積均為定值，但隨著灌溉需水量、需水過程的變化，將導致可供調(diào)蓄供給的水量發(fā)生變化。為有效解決這種年際間作物品種變化引起的不確定性影響，在具體工程設(shè)計中，一般按最不利作物需水量、需水過程進行設(shè)計。

2 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程風險辨析

2.1 風險要素識別與風險源辨析

與所有風險的存在一樣，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程的風險同樣存在災害體、孕災環(huán)境和承災體三大要素。對雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程而言，風險主要來源于灌溉水量的不足、水質(zhì)對灌溉方式的不適應以及水量適地適時適量供給和配置的保證程度。從工程的基本特征來看，其風險主要存在于資源稟賦、工程保障、作物品種更替、灌溉方式適宜性和運行管理等環(huán)節(jié)。

天然降水過程的隨機性和降水數(shù)量的不確定性是實施雨水集蓄利用工程的首要風險和最大風險。首先，雨水集蓄利用工程完全依賴于天然降水，即降水是實施雨水集蓄利用工程的前提，由于極端干旱天氣引起降水量的減少勢必成為實施工程的主要風險，而降水季節(jié)分布的不均勻性則進一步增加了實施該類工程的風險度。其次，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程各分項工程集流面、蓄水設(shè)施數(shù)量與規(guī)模、設(shè)計標準與建設(shè)質(zhì)量以及水質(zhì)處理設(shè)施與設(shè)備對規(guī)劃供水水量和水質(zhì)的滿足程度，也是影響該類工程的主要風險。第三，由于在工程設(shè)計中采用最不利作物需水量、需水過程進行設(shè)計，因而使得年際間作物品種變化有可能造成可供水量的富余，繼而降低工程其他環(huán)節(jié)風險發(fā)生的可能。第四，不同的作物品種對灌溉方式具有不同的要求，這就使得作物對灌溉方式的適應性抑或是灌溉方式對作物水分需求的有效性也成為工程的重要風險源。第五，包括工程規(guī)劃、方案編制、運行維護與管理等在內(nèi)的全過程管理，同樣對水量供給與配置以及水質(zhì)保障具有決定性的作用。

2.2 風險種類及其主要誘因

從前述分析可知，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程的風險主要包括水量風險、水質(zhì)風險、作物風險以及灌溉風險。首先，就水量風險而言，引起水量不足的原因主要涉及實際降水量低于設(shè)計降水量、集流面面積與蓄水設(shè)施容積不足、工程建設(shè)標準偏低、運行管理不到位等，前述諸要素中任何一個環(huán)節(jié)保證程度和可靠性的降低，都將不可避免地直接導致雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程可供水量減少、供水保證率降低，繼而引發(fā)水量風險。其次，就水質(zhì)風險而言，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程一般采用“蓄前物理攔截，蓄后自然沉淀，用前設(shè)備過濾”的水質(zhì)凈化、沉淀與過濾處理過程，但處理設(shè)施、設(shè)備之間有序銜接、攔截處理的有效性與處理誤差的累積，以及設(shè)施與設(shè)備長期運行引起的性能降低、部分功能喪失、處理能力下降等都將可能成為導致水質(zhì)風險的主要誘因。第三，就作物風險而言，由于工程本身按照最不利作物的需水量、需水過程進行設(shè)計，因此，其作物品種的年際變化不僅不會引起相應的風險，而且這種變化有可能出現(xiàn)水量富余并抵消其他相關(guān)環(huán)節(jié)引起的風險。第四，就灌溉風險而言，在灌溉方式確定后，年際間作物品種變化有可能引起二者之間的不相適應與不相匹配，由此影響作物需水的適地適時適量供給與配置，繼而帶來相應的風險。

2.3 風險形成過程

雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程風險要素、風險源的復雜性、風險種類的多樣性和風險的不確定性決定了風險形成過程的復雜多變性。

(1)水量風險。水量滿足與否始終是實施雨水集蓄利用工程的關(guān)鍵性控制要素與晴雨表。首先，在多年平均降水量大于250 mm，灌溉保證率75%的前提下，《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50596-2010)提出了明確要求，這就為提高灌溉保證率、降低雨水集蓄利用風險從技術(shù)層面提供了保障；盡管如此，降水的隨機性引起的水量風險仍然存在。其次，集流面、蓄水設(shè)施作為構(gòu)成雨水集蓄利用系統(tǒng)的主要工程措施，對保障灌溉作物需水具有不可或缺的作用，雖然在規(guī)劃設(shè)計環(huán)節(jié)從技術(shù)層面對工程數(shù)量與規(guī)模提出了定量要求，然而，在具體的工程建設(shè)實施環(huán)節(jié)，由于場地、經(jīng)費等因素的制約導致工程設(shè)施數(shù)量與規(guī)模不足引起的風險依然存在。第三，工程設(shè)計標準、建設(shè)質(zhì)量是提高集流面集流效率、蓄水設(shè)施防滲能力，實現(xiàn)保障供水的重要途徑。但是，如果工程建設(shè)標準偏低、質(zhì)量存在問題，則有可能引起可供水量不足，繼而導致水量風險的發(fā)生。第四，建設(shè)與運行管護作為實施雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程的重要環(huán)節(jié)，對保障水量供給具有至關(guān)重要的作用，而管理的缺失必將引起相應的潛在風險。從前述分析來看，水量風險的發(fā)生，除具有獨立性、綜合性外，同時還具有過程本身的復雜性和年際間變化的動態(tài)性，一方面，在前述4個風險形成過程中，每一環(huán)節(jié)的獨立發(fā)生，都將不可避免地直接引發(fā)水量風險，另一方面，水量風險的發(fā)生是前述各因素綜合作用的結(jié)果，各要素風險之間存在傳遞、消減、可疊加、不可疊加等復雜的變化、依存與制約過程。

(2)水質(zhì)風險。灌溉技術(shù)的先進性對農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水質(zhì)提出了較高要求。如前所述，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程的“蓄前物理攔截”處理措施可有效去除徑流水中的漂浮物、雜草等雜質(zhì)，“蓄后自然沉淀”處理環(huán)節(jié)對去除雨水中較大顆粒泥沙具有很好的作用，“用前設(shè)備過濾”處理采用碟片式、篩網(wǎng)式、砂式過濾器等，可深度去除徑流水中的細顆粒泥沙、各種漂浮物和絮狀懸移質(zhì)，保證水質(zhì)滿足高效節(jié)水灌溉要求。然而，工程設(shè)施結(jié)構(gòu)與設(shè)備處理工藝對雨水水質(zhì)的適宜性、設(shè)施設(shè)備本身的有效性、耐久性以及管理維護的不到位將可能共同導致水質(zhì)風險的發(fā)生。由此可見，水質(zhì)風險的發(fā)生是設(shè)施、設(shè)備、管理等與此相關(guān)的多種因素綜合作用的結(jié)果，不僅具有綜合性，而且還具有復雜性、多變性，從而使得水質(zhì)風險成為雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程的重要風險之一。

(3)作物風險。不同的作物具有不同的灌溉水量要求和需水過程。對雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程而言，按最不利作物需水量、需水過程進行具體工程的設(shè)計，一定程度上為杜絕年際間作物品種變化引起的水量不足，避免由此引發(fā)的風險提供了可能，同時，由此引起的水量富余則有可能抵消其他相關(guān)環(huán)節(jié)引起的風險，繼而降低系統(tǒng)水量風險。

(4)灌溉風險。對雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程而言，適地適時適量的水量供給和配置是工程實施的終極目標，而此目標的實現(xiàn)則有賴于灌水方式即灌溉技術(shù)對具體作物的適宜性。不同的作物對灌溉方式、灌溉水量、需水過程具有不同的要求，尤其是對高效節(jié)水灌溉工程而言，要求實現(xiàn)適地適時適量的精準灌溉。因此，在灌溉方式一定的前提下，由于不同年際間作物品種變化引起的種植模式、需水總量、需水過程變化與現(xiàn)有灌溉工程供水方式、供水范圍、供水能力等方面的不相匹配、不相適應甚至較大差異等，都有可能成為形成灌溉技術(shù)適應性風險的主要因素。

3 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉風險評價指標

雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉風險評價指標體系必須全面、完整、科學、準確地反映區(qū)域降水特性、工程特征、作物品種變化與灌溉方式、灌溉技術(shù)的適宜性，并能夠?qū)τ晁罾棉r(nóng)業(yè)補充灌溉風險進行多要素綜合評價。結(jié)合前述風險要素識別、風險源辨析以及風險種類與風險形成過程分析，按照工程對實施水量與水質(zhì)保障以及水量適地適時適量供給與配置等要求，從導致風險發(fā)生的資源稟賦、工程保障、作物品種變化、灌溉技術(shù)適宜性和運行管理等方面出發(fā)，選擇降水量、集流面面積、蓄水設(shè)施容積和工程設(shè)計標準、施工質(zhì)量、管理制度、建設(shè)管護等7個指標作為水量風險評價指標，選擇沉沙池長度、沉沙池寬度、過濾器以及設(shè)施維護等4個指標作為水質(zhì)風險評價指標，選擇年際作物需水滿足度作為作物品種變化風險評價指標，選擇灌水方式的適宜性、灌水過程的匹配性、灌水時段的有效性、灌水部位的精準性與灌溉管理制度、灌溉運行維護等6個指標作為灌溉風險評價指標，依據(jù)各評價指標對水量風險、水質(zhì)風險、作物品種風險以及灌溉技術(shù)風險的影響程度、形成過程和作用機理，建立由目標層(A)、準則層(B)、指標層(C)3個層次組成的雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉風險綜合評價指標體系，綜合評價指標體系構(gòu)成見圖1。

4 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)灌溉風險評估模型

4.1 水量風險評價模型

農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水量風險形成要素中，天然降水量、集流面面積、蓄水設(shè)施容積是其風險形成的主要控制因素，是水量形成的過程風險；而以設(shè)計標準、施工質(zhì)量、管理制度、運行維護為主的建設(shè)與運行管理同樣對其風險的形成與發(fā)展具有決定性的作用，是對水量管理的過程風險。在前述水量形成、水量管理的諸要素中，其中任何一個要素的變劣或者管理的不到位都將直接引發(fā)水量風險，但從其風險源辨析及風險形成過程來看，不同要素引起的風險具有不同的特質(zhì)，具有復雜性、不確定性和變化性。其中，由于天然降水量和集流面面積的減少所帶來的風險具有可疊加性；而蓄水設(shè)施容積變化所帶來的風險與降水量、集流面面積之間的風險則具有不可疊加性；在包括設(shè)計標準、施工質(zhì)量、管理制度和運行管護等在內(nèi)的管理風險中，由于設(shè)計、施工、管理與維護之間的有機關(guān)聯(lián)，各要素之間存在互補性，繼而使得各因素引發(fā)的風險既可以傳遞，也可以消減。由此可見，前述水量形成與水量管理兩類風險可以同

圖1 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉風險綜合評價指標

時發(fā)生且符合概率加法理論，同時滿足非負約束要求條件。因此，根據(jù)概率理論，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水量風險評估數(shù)學模型可用下式表示：

Rim=max{[max(〈Rimp+Rims-RimpRims〉,Rimv) ×

〈1-Rimg〉+Rimg],0}

(1)

式中：Rim為農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水量風險度；Rimp為農(nóng)業(yè)補充灌溉工程降水量風險度；Rims為農(nóng)業(yè)補充灌溉工程集流面風險度；Rimv為農(nóng)業(yè)補充灌溉工程蓄水設(shè)施風險度；Rimg為農(nóng)業(yè)補充灌溉工程管理風險度。

農(nóng)業(yè)補充灌溉工程降水量、集流面積、蓄水設(shè)施容積和管理風險度分別可按公式(2)～(5)計算確定：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Pii為農(nóng)業(yè)補充灌溉工程所在區(qū)域第i年實際降水量，mm；Pip為灌溉工程規(guī)劃工程設(shè)計降水量，mm；Six為灌溉工程現(xiàn)狀實際建成集流面面積，m2；Sip為灌溉工程設(shè)計集流面面積，m2；Vix為灌溉工程現(xiàn)狀實際建成蓄水設(shè)施容積，m3；Vip為灌溉工程設(shè)計蓄水設(shè)施容積，m3；Rimgj為灌溉工程第j類管理措施風險度；Kimgj為灌溉工程第j類管理措施權(quán)重。

其中，農(nóng)業(yè)補充灌溉工程管理措施風險度根據(jù)風險形成過程與影響程度確定，各指標權(quán)重綜合考慮各風險構(gòu)成要素在總風險中的占比采用專家打分法確定。雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水量管理權(quán)重及風險度見表1。

4.2 水質(zhì)風險評價模型

對農(nóng)業(yè)補充灌溉工程而言，對水質(zhì)的要求雖不及安全飲水嚴格，但為配合實施高效節(jié)水灌溉工程，設(shè)計采用了“蓄前物理攔截、蓄后自然沉淀、用前設(shè)備過濾”的處理工藝。由此可見，沉沙池、過濾器成為雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水質(zhì)處理的關(guān)鍵，同時，設(shè)施、設(shè)備的維護管理則是水質(zhì)滿足設(shè)計要求不可缺少的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)沉沙池、過濾器工作原理以及運行維護的作用，由此引發(fā)的風險發(fā)生只可以疊加、傳遞，而不能消減。因此，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水質(zhì)風險評估數(shù)學模型可用下式表示。

表1 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉水量管理措施風險評定標準及權(quán)重表

Riz=Rize+Rizg-RizeRizg

(6)

式中：Riz為灌溉工程水質(zhì)風險度；Rize為灌溉工程水質(zhì)設(shè)施設(shè)備風險度；Rizg為灌溉工程水質(zhì)管理風險度。

其中，設(shè)施設(shè)備風險度可用式(7)計算確定。

Rize=RizelKizel+RizebKizeb+RizeqKizeq

(7)

式中：Rizel、Kizel分別為灌溉工程沉沙池長度風險度、權(quán)重；Rizeb、Kizeb分別為灌溉工程沉沙池寬度風險度、權(quán)重；Rizeq、Kizeq分別為灌溉工程過濾器風險度、權(quán)重。

其中，農(nóng)業(yè)補充灌溉工程沉沙池長度、寬度風險度可按公式(8)、(9)計算確定，過濾器風險度則根據(jù)定性評價結(jié)果量化確定。凈水器風險度定性評價標準及設(shè)施維護風險權(quán)重見表2。

(8)

(9)

表2 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水質(zhì)設(shè)施設(shè)備風險度評定標準及權(quán)重表

式中：Lix灌溉工程沉沙池現(xiàn)狀實際長度，m；Lip為灌溉工程沉沙池設(shè)計長度，m；Bix為灌溉工程沉沙池現(xiàn)狀實際寬度，m；Bip灌溉工程沉沙池設(shè)計寬度，m。

雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水質(zhì)管理風險度Rizg可根據(jù)表3定性評價確定。

表3 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程水質(zhì)管理措施風險度評定標準及權(quán)重表

4.3 作物風險評價模型

如前所述，作物品種變化引起的風險在工程設(shè)計環(huán)節(jié)進行了充分考慮，其按最不利需水過程進行的設(shè)計不但不會引起風險，而且由此引起的水量富余還有可能抵消其他相關(guān)環(huán)節(jié)引起的風險，繼而降低系統(tǒng)水量風險。為此，作物變化風險度可用下式計算確定。

(10)

式中：Ric為灌溉工程作物品種變化風險度；Wip為灌溉工程設(shè)計保證率時的可集水量，m3；Wic為灌溉工程當年種植作物灌溉需水量，m3。

4.4 灌溉風險評價模型

前已述及，灌溉風險包括水量的適地適時適量供給和灌溉管理兩部分。從水量的適地適時適量供給來看，雖然在某一灌溉技術(shù)的實施中，灌水方式、灌水過程、灌水時段、灌水部位之間有機關(guān)聯(lián)，部分環(huán)節(jié)甚至互為依存，但就其灌水方式的適宜性、灌水過程的匹配性、灌水時段的有效性、灌水部位的精準性以及其風險的形成過程而言卻相對獨立，前一風險的存在和發(fā)生與后續(xù)風險的存在、發(fā)生既沒有必然的聯(lián)系，也沒有截然的不同，在整個水量的適地適時適量供給環(huán)節(jié)以其獨立的權(quán)屬存在，構(gòu)成了灌溉風險的主體。就灌溉管理來看，管理制度風險、運行管護風險之間同樣以其獨立的權(quán)屬存在，并成為灌溉風險的重要組成部分。

總體來看，水量的適地適時適量供給風險與灌溉管理風險之間符合概率加法理論，其灌溉風險可用下式計算確定。

Rii=Riiip+Riiig-RiipRiig

(11)

式中：Rii為灌溉工程灌溉風險度；Riip為灌溉工程灌溉過程風險度；Riig為灌溉工程灌溉管理風險度。

其中，灌溉過程風險度可用下式計算確定。

Riip=RiipsKiips+RiipmKiipm+RiipeKiipe+RiippKiipp

(12)

式中：Riips、Kiips分別灌溉工程灌水方式適宜性風險度、權(quán)重；Riipm、Kiipm分別為灌溉工程灌水過程匹配性風險度、權(quán)重；Riiipe、Kiiipe分別為灌溉工程灌水時段有效性風險度、權(quán)重；Riipp、Kiipp分別為灌溉工程灌水部位精準性風險度、權(quán)重。

灌水方式適宜性、灌水過程匹配性、灌水時段有效性、灌水部位精準性風險度根據(jù)定性評價結(jié)果量化確定，其風險定性評價標準及風險權(quán)重見表4。

其中，灌溉管理風險度可用下式計算確定。

Riig=RiigsKiigs+RiigrKiigr

(13)

式中：Riigs、Kiigs分別為灌溉工程灌溉管理制度風險度、權(quán)重；Riigr、Kiigr分別為灌溉工程灌溉運行維護風險度、權(quán)重。

灌溉管理制度完備性、運行維護有效性風險度根據(jù)定性評價結(jié)果量化確定，其風險定性評價標準及風險權(quán)重見表4。

表4 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程灌溉管理風險度評定標準及權(quán)重表

4.5 風險綜合評價模型

綜上所述，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程綜合風險是水量風險、水質(zhì)風險、作物風險、灌溉風險共同作用的結(jié)果。同時，雨水集蓄利用工程的特殊性決定了前述風險發(fā)生的順序，即先有水量風險，然后才有水質(zhì)風險，在此基礎(chǔ)上才是作物風險(水量滿足程度)，最后是灌溉風險。而且當前述風險已經(jīng)發(fā)生時，后續(xù)風險只能在尚未發(fā)生風險的局部發(fā)生。由此可見，前述農(nóng)業(yè)灌溉工程風險符合概率加法理論。因此，雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程綜合風險評估模型可用下式表示。

Ri=Rim+Riz+Ric+Rii-RimRiz-RicRii-

(Rim+Riz-RimRiz) (Ric+Rii-RicRii)

(14)

式中：Ri為雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程風險度。

4.6 綜合風險評價標準

依據(jù)雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程風險綜合評價結(jié)果，按無風險、低風險、中風險、高風險、極高風險共5級設(shè)置風險等級，具體評定標準見表5。

表5 雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程風險綜合評定標準

5 實例驗證

5.1 基本情況

安定區(qū)多年平均降水量397.4 mm的某區(qū)域，規(guī)劃采用雨水集蓄利用技術(shù)實施玉米、馬鈴薯、葵花等作物補充灌溉。

(1)灌溉供水保證率75%。

(2)75%保證率降水量352.4 mm。

(3)400 mm降水量地區(qū)混凝土集流效率77%，瀝青公路集流效率60%，土質(zhì)路面25%。

(4)現(xiàn)有工程措施：①公路集流面80 m2，折合混凝土集流面62 m2；②農(nóng)用道路(土質(zhì))集流面40 m2，折合混凝土集流面13 m2。合計折合混凝土集流面75 m2。

5.2 工程設(shè)計結(jié)果

(1)灌溉制度：從規(guī)劃種植作物玉米、馬鈴薯、葵花作物中，選擇需水量較大、需水矛盾最為突出的玉米作物擬定灌溉制度，以此為依據(jù)計算確定規(guī)劃工程設(shè)計的需水過程。擬定玉米作物滴灌條件下補充灌溉制度見表6。

表6 雨水集蓄利用玉米滴灌補充灌溉制度表 m3/hm2

(2)工程設(shè)計：采用長系列法進行計算，滿足玉米作物補充灌溉水量需求計算結(jié)果如下：①混凝土集流面103 m2(包括現(xiàn)有集流面折合混凝土集流面75 m2，需新建混凝土集流面28 m2)；②水窖容積30 m3。

(3)75%保證率設(shè)計可供水量33 m3。

(4)設(shè)計采用長×寬×深=2.0 m×1.0 m×1.0 m矩形沉沙池，進行泥沙等雜質(zhì)的前期物理攔截處理。

(5)采用適合雨水水質(zhì)特點的網(wǎng)式或疊片式過濾器。

(6)要求定期進行設(shè)施、設(shè)備維護、清洗。

5.3 工程建設(shè)結(jié)果

(1)建成混凝土集流面100 m2(包括利用現(xiàn)有集流面75 m2，新建混凝土集流面25 m2)，水窖容積30 m3。

(2)建成長×寬×深=1.80 m×1.0 m×1.0 m矩形沉沙池，進行泥沙等雜質(zhì)的前期物理攔截處理。

(3)采用適合雨水水質(zhì)特點的網(wǎng)式或疊片式過濾器，效果良好。

(4)設(shè)施、設(shè)備維護、清洗較好。

(5)預測當年為中等干旱年，降水量355 mm。

(6)灌溉制度：當年種植作物為馬鈴薯，補充灌溉制度見表7。

表7 雨水集蓄利用馬鈴薯滴灌補充灌溉制度表 m3/hm2

(7)當年種植作物需水量28 m3。

5.5 風險評價結(jié)論

采用研發(fā)的“雨水集蓄利用工程風險評價模型”-農(nóng)業(yè)補充灌溉工程子模型輸入樣本數(shù)據(jù)進行計算，其風險計算值為0.041 1，評價結(jié)果為“低風險”。

6 結(jié) 語

雨水集蓄利用農(nóng)業(yè)補充灌溉工程風險由水量風險、水質(zhì)風險、作物風險以及灌溉風險等四部分構(gòu)成。通過系統(tǒng)深入地認識雨水集蓄利用補充灌溉工程構(gòu)成、作用與基本特征以及全方位的風險要素識別,準確辨識風險來源、風險種類、風險特征及其風險形成過程，構(gòu)建風險評價指標體系，同時，依據(jù)概率理論，提出風險評價模型，確定風險評價標準，以典型工程為例開展定量化風險評價，科學確定風險等級，不僅可為進行雨水集蓄利用補充灌溉工程風險評價、實施風險管控提供重要手段，而且對支撐雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，培育農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展增長極具有重要實踐意義和指導作用。